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1、煤矿供排水知识介绍,煤矿供排水知识介绍,一、矿井供水系统基本知识 一）常见的矿井供水系统形式 1、利用高差供水（高位水池、水塔等）2、加压泵供水（普通加压泵供水、变频加压泵供水）3、如果矿井分层、分盘区开采，且各煤层、各盘区之间标高差别较大时，为了保证采掘工作面供水压力，要建立分区供水系统。,煤矿供排水知识介绍,二）变频器在恒压供水方面的应用 1、变频调速的特点及分析用户用水量一般是动态的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多
2、，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响生活质量，严重时会影响生存安全，如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，用水区域采用恒压供水系统，能产生较大的经济效益和社会效益。,煤矿供排水知识介绍,随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起
3、动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。,煤矿供排水知识介绍,2、恒压供水的变频应用方式通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，我公司开发B
4、C2100系列恒压供水控制系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。,煤矿供排水知识介绍,3、PID（比例积分微分）控制原理根据反馈原理：要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现在控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可时现该算法，同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用
5、这种方法是可行的，而且造价也不高。要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，不易直接采用PID调节器进行控制，而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。,煤矿供排水知识介绍,4、变频控制原理用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。其优点是：1）、起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；2）、由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；3）、可以消除起动和停机时的水锤效应
6、；一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。,煤矿供排水知识介绍,虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用
7、的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。,煤矿供排水知识介绍,5、恒压供水系统特点 1）、节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；2）、节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；3）、运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防
8、止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。4）、联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。5）、控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。,煤矿供排水知识介绍,6）、自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。,煤矿供排水知识介绍,煤矿供排水知识介绍,煤矿供排水知识介绍,在特定的管路系统中，于一定条件下操作，上式中一项u2/2g常可忽
9、略，z与p/g均为定值，令,对于直径均一的管路系统，压头损失可表达为,（227）,式中,煤矿供排水知识介绍,摩擦系数(friction factor)，无因次；l管路长度(pipeline length)，m；le局部阻力的当量长度(equivalent length of local resistance)，m；d管路直径(pipeline diameter)，m；局部阻力系数(local resistance coefficient)，无因次；Qe流体流量(fluid-flow)，m3/s；g重力加速度(acceleration of gravity)，m/s2。对特定的管路，若忽略随Re
10、的变化，且式2-21中d、l、le、均为常数，于是可令,煤矿供排水知识介绍,则式2-21可简化为,（227a）,将式2-21a代入式2-20a，得到,（228）,式2-22表明管路流体的压头与流量之间的关系，称为管路特性方程式。He与Qe的关系曲线，称为管路特性曲线。此曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定，与泵的性能无关。,煤矿供排水知识介绍,2离心泵的工作点 离心泵在管路中正常运行时，泵所提供的流量和压头应与管路系统所要求的数值一致。此时，安装于管路中的离心泵必须同时满足管路特性方程与泵的特性方程，即 管路特性方程 He=K+GQe2 泵的特性方程 H=f(Q)联解上述两方程所得到两特性曲
11、线的交点，即离心泵的工作点M。对所选定的泵以一定转速在此管路系统操作时，只能在此点工作。在此点，HHe，QQe。,煤矿供排水知识介绍,二）离心泵的流量调节(The flow adjustment of centrifugal pump)通常，所选择离心泵的流量和压头可能会和管路中要求的不完全一致，或生产任务发生变化，此时都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。1改变管路特性曲线-改变泵出口阀开度 改变离心泵出口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式2-33中的G值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小
12、阀门，使G值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。,煤矿供排水知识介绍,二）离心泵的流量调节(The flow adjustment of centrifugal pump)通常，所选择离心泵的流量和压头可能会和管路中要求的不完全一致，或生产任务发生变化，此时都需要对泵进行流量调节，实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵及管路特性共同决定的，因此，改变任一条特性曲线均可达到流量调节的目的。1改变管路特性曲线-改变泵出口阀开度 改变离心泵出口管路上阀门开度，便可改变管路特性方程式2-33中的G值。从而使管路特性曲线发生变化。例如关小阀门
13、，使G值变大，流量变小，曲线变陡。阀门调节快捷方便，流量可连续变化，但能耗加大，泵的效率下降，不够经济。,煤矿供排水知识介绍,2改变泵的特性曲线(change characteristic curve of the pump)（1）改变泵的转速比例定律(proportion law)，n的变化小于20。（2）改变叶轮直径切割定律(incision law)，切割比例不大于5（季节性调节）。,煤矿供排水知识介绍,3离心泵的并联和串联操作 当单台泵不能满足生产任务要求时，可采用泵的并联或串联。下面以两台性能相同的泵为例，讨论离心泵的组合操作的特性。（1）离心泵的并联(The parallel co
14、nnection of centrifugal pump)设将两台型号相同的泵并联于管路系统，且各自的吸入管路相同，则两台泵的各自流量和压头必定相同。显然，在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。并联泵的工作点由并联特性曲线与管路特性曲线的交点决定。由于流量加大使管路流动阻力加大，因此，并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍，而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台的效率相同。,煤矿供排水知识介绍,（2）离心泵的串联(The seriesconnection of centrifugal pump)两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。因此，在同一流量下，串联泵的
15、压头为单台泵压头的两倍。同样，串联泵的工作点由合成特性曲线与管路特性曲线的交点决定。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍，流量大于单台泵的。串联泵的效率为Q串下单台泵的效率。,煤矿供排水知识介绍,（3）离心泵组合方式的选择 生产中采取何种组合方式能够取得最佳经济效果，则应视管路要求的压头和特性曲线形状而定。如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的（)值，则只能采用泵的串联操作。对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合为高的流量和压头；反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路，则宜采用串联组合方式。,煤矿供排水知识介绍,三）供排水系统图读图（附件图纸）,煤矿供
16、排水知识介绍,三、煤矿安全规程相关规定 1.煤矿安全 规程第一百五十二条 矿井必须建立完善的防尘供水系统。没有防尘供水管路的采掘工作面不得生产。主要运输巷、带式输送机斜井与平巷、上山与下山、采区运输巷与回风巷、采煤工作面运输巷与回风巷、掘进巷道、煤仓放煤口、溜煤眼放煤口、卸载点等地点都必须敷设防尘供水管路，并安设支管和阀门。防尘用水均应过滤。水采矿井和水采区不受此限。2.煤矿安全规程）第二百一十八条 矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。井下消防管路系统应每隔100m设置支管和阀门，但在带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门。地面的消防水池必须经常保持不少于200m3的水量。如果消防用
17、水同生产、生活用水共用同一水池，应有确保消防用水的措施。,煤矿供排水知识介绍,3.煤矿安全规程第二百七十八条规定 主要排水设备应符合下列要求：（一）水泵：必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。（二）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水
18、管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。（三）配电设备：应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。,煤矿供排水知识介绍,4.煤矿安全规程第二百七十九条 主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。5.煤矿安全规程第二百八十条 主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在
19、1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：2（Q+3000）式中 V-主要水仓的有效容量，m3；Q-矿井每小时正常涌水量，m3。,煤矿供排水知识介绍,但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。水仓进口处应设置箅子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。6.煤矿安全规程第二百八十一条规定 水泵
20、、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。,煤矿供排水知识介绍,四、矿山防水常识 造成矿井矿井水害的水源主要有大气降水、地表水、含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等。地面防治水 地面防治水是在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。根据矿区的不同地形、地貌及气候，应从以下几个方面采取相应的措施：慎重选择井筒的位置，井口（平硐口）和主要建筑物标高应在历年最高洪水位以上；河流改
21、道；铺整河底；填堵通道；挖沟排（截）洪；排除积水；加强雨季前的防汛工作。,煤矿供排水知识介绍,2、井下防治水 井下水害来势凶猛，俗有“水老虎”之称。矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。1）做好矿井水文观测与水文地质工作（查）做好水文观测工作-收集地表水、井下水源的水压、水位和水量、井下涌水量变化。2）矿井水文地质工作-冲积层厚度、各分层的透水、含水性；断层和裂隙位置、落差、延伸、含水导水性；含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性；老窑和现采小窑的范围、采空区积水分布。3、井下探水“疑必探，先探后掘”是掘进工作面必须遵循的原则。遇到下列情况之一者，必须探水,煤矿供排水知识介绍,a）
22、接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时：b）接近含水层、导水断层、陷落柱时；c）接近可能出水的钻孔和各类防水煤柱时；d）接近可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时；e）上层采空区积水，在两层之间垂直距离小于采高的40倍或巷高10倍的下层采掘工作及采掘工作面有明显出水征兆时。4、放水（疏干）有计划地将威胁性水源全部或部分地疏放掉，是消除水患的有效措施之一。1）疏放老空水 直接放水-当水量不大，不超过排水能力；先堵后放-与巨大水源有联系，动力储水量大；先放后堵-虽有补给水源，但补给量不大；,煤矿供排水知识介绍,用煤柱或构筑物先隔离，水量大，水质坏，准备好设备排，或留隔水保护煤柱。2）疏放含水层水
23、地面打钻抽水-环形钻孔、排形钻孔 井下疏水巷道疏水 用井下钻孔疏水-放射状、排状、立井泄放孔 4、截水 截水是利用水闸墙、水闸门和防水煤（岩）柱等物体，临时或永久性地截住涌水，将采掘区与水源隔离，使某一地点突水不致危及其它地区，减轻水灾危害的重要措施。,煤矿供排水知识介绍,5、矿井注浆堵水 注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固岩层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。6、矿井突水征兆 凡是井巷掘进及工作面回采过程中，接近或沟通含水层、被淹巷道、地表水体、含水断裂带、溶洞、陷落柱而突然产生的突水事故称矿井突水。突水前，在工作面及其附近往往显示出某种异常现象，这些异常统称为“突水征兆”。,煤矿供排水知识介绍,f）与承压水有关的断层突水征兆 工作面顶板来压、掉渣、片帮、支架倾倒等；底膨胀、底鼓胀、底“爆”响声；先出小水、再出大水；采场或巷道瓦斯涌出量增大。g）冲积层水突水征兆 岩层发潮、滴水、且逐渐增大，局部冒顶、水量突增、水时清时混，流砂；溃水、溃砂。h）老空水突水征兆 发潮、发暗、挂汗、发凉、吱吱水声、铁锈呈红色,介绍完毕 谢谢大家！,
